深井鉆探：揭開地球深處的秘密

我們常仰望星空，夢想飛越天際，也常眺望大海，期待遨游深淵，卻總是忽視腳下的土地。在當今“上天、入地、下海、登極”四大科研領(lǐng)域，航空航天、深海探測與極地科考發(fā)展迅速，對地下的研究卻始終困難重重。

為何會有人說“上天容易入地難”？向地球深部進軍，究竟面臨哪些難以逾越的障礙？我們目前已經(jīng)取得了哪些突破呢？

向下，再向下

從古至今，人類從未停止探索大自然的腳步。對于多數(shù)時間只生活在地球表層的人類而言，所接觸到的事物大都只存在于地表，因此，人類對地球內(nèi)部究竟是什么樣充滿了好奇，也一直致力于探索地球內(nèi)部的世界。所以，才會有“上窮碧落下黃泉”之說。

井，或許是人類對地下世界的最初探索方式。

井是我們生活中常見的一種工程設(shè)施。早在遠古時期，為了獲取相對更安全的飲用水，人類鑿地開挖垂直向下的深穴，于是就有了水井。后來，為了采鹽，人們又開鑿了鹽井，為了采礦而開鑿了礦井。人類對地下深層的探索欲望永無止境，鉆的井也越來越深，從最初的幾米、幾十米一直到上千米。這一口口井就像一根根打入地下的“巖石探針”，幫助人們探尋地球深處的秘密。

我國四川省自貢市的鹽井可謂古代深井鉆探的典范。當?shù)厝擞弥耋K將若干杉木捆扎起來做成支架，豎立在鹽井的井口，人稱天車。據(jù)統(tǒng)計，自貢的鹽井天車曾經(jīng)數(shù)以萬計，這些鱗次櫛比的天車成為自貢鹽場的一道奇觀。在清朝咸豐、同治年間，自貢的天車數(shù)量達到鼎盛時期，當?shù)啬戤a(chǎn)食鹽近30萬噸，可供全國1/10的人口食用，自貢因此獲得“鹽都”之名。迄今，自貢還保留著一座名為“燊海井”的著名鹽井。這口鹽井始建于清道光十五年（1835年），井位海拔341.4米，井深1001.42米，是世界上第一口深度超過千米的深井。當時，開鑿鹽井采用的是北宋慶歷年間的工匠們發(fā)明的沖擊式（頓鉆）鑿井法，即利用鉆頭自由下落的沖擊力，擊碎巖石，并使鹽井不斷加深。該工藝開創(chuàng)了人類機械鉆井技術(shù)的先河，在傳到西方后，被廣泛應(yīng)用于礦產(chǎn)勘探活動中。

地下有什么

地下1米是地鼠居住的最大深度；地下2米是普通人墓地的深度；地下18米，一般是能防核武器的防空洞的深度……繼續(xù)向下挖，還會出現(xiàn)什么呢？

地下60米有世界上最深的游泳池。有條件的小伙伴可以去迪拜感受一下這個極具賽博朋克風的超酷地下游泳池。

地下85米是8世紀在土耳其發(fā)現(xiàn)的一座古老的地下多層城市的深度。

地下100米是人類掩埋放射性物質(zhì)的深度。

地下155米有世界上最深的薩拉銀礦酒店。那里雖然沿途風景優(yōu)美，想要如廁卻是個大問題，可以說是花錢找罪受。

地下392米有英國人挖的一口純?nèi)斯に彩鞘澜缟献钌畹乃?/p>

地下688米有智利人修建的圣何塞銅礦。

在地下1410米，居然有芬蘭人打造的地下演唱會，據(jù)說，還創(chuàng)造了吉尼斯世界紀錄。

地下2438米有世界上最深的人造隧道——圣哥達機械隧道。穿梭在這樣的隧道中，會不會令人有一種穿越時空的夢幻感？

地下3900米處有世界上最深的礦井。在幾千米深的海洋中，生活著很多生物，但在地下幾千米深處想找到活物，則相當困難。當科學家在3900米深的地下發(fā)現(xiàn)一種線蟲時，感到十分驚訝。這個深度也是人類能抵達的最大深度，再往下，就只有開采資源的鉆井了。

在地下9000米深的地方，會開采到大量的黃金。如果你有這個能力的話，下一個世界首富就是你。

“打洞”會誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害嗎

深井鉆探可能會對地層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的影響，但通常不會顯著改變整體的地層結(jié)構(gòu)或誘發(fā)嚴重的地質(zhì)活動。其原因在于，地層結(jié)構(gòu)是由長期的地質(zhì)作用形成的，具有相對的穩(wěn)定性，而鉆探本身是一個局部性的活動，其影響范圍有限，在鉆探過程中，鉆頭會穿過不同的巖層，對巖層產(chǎn)生的擾動通常僅限于鉆頭周圍的較小區(qū)域。盡管如此，深井鉆探仍要想方設(shè)法避免在某些特殊情況下加劇地質(zhì)活動。因此，在進行深井鉆探時，需要制定合理的鉆探方案和安全措施，以確保鉆探活動的安全性和可控性。

為保障國家能源安全，我國在油氣勘探開發(fā)領(lǐng)域?qū)嵤┑摹吧畹毓こ獭苯陙硪踩〉昧艘幌盗行峦黄啤Ｔ谟蜌赓Y源豐富的四川盆地已經(jīng)完成8口8000米以上超深井、2口9000米以上特深井的鉆探工作。2023年2月13日完成鉆探任務(wù)的蓬深6井（位于四川省綿陽市鹽亭縣境內(nèi)）最深達到9026米，刷新亞洲最深直井紀錄。在新疆塔里木盆地，深度超過8000米的油氣井已經(jīng)有160口。2023年5月30日，位于新疆塔克拉瑪干沙漠腹地的深地塔科1井開鉆，該井設(shè)計井深11100米。盡管深井鉆探面臨著高溫、高壓等重重困難，舉步維艱，每鉆進1米都充滿了風險，但技術(shù)人員憑借精湛的專業(yè)能力和驚人的毅力朝著萬米深度挺進，終于在2024年3月4日突破10000米。這不僅為我國今后進軍萬米深地提供核心技術(shù)和裝備儲備，也再次證明中國深地探測系列技術(shù)已跨入世界前列。

深井鉆探面臨的挑戰(zhàn)

或許有人會覺得，鉆探不就是一臺機器帶動旋轉(zhuǎn)的鉆桿朝著地下打洞嘛，這有何難？事實上，隨著鉆探的深度不斷增加，施工難度會越來越大，成本也越來越高。深井鉆探面臨的首要問題就是高溫。在地球上，從地表向下，隨著深度的增加，溫度不斷升高，平均每深入100米，溫度大約會上升3℃。如果鉆到10千米深，此處的溫度高達300℃以上，這還不算鉆機旋轉(zhuǎn)與巖石摩擦產(chǎn)生的熱量。這意味著，無論是鉆頭還是鉆桿都要面臨極大的考驗，由于鉆頭和靠近鉆頭的鉆桿部分經(jīng)受不住長時間的高溫，經(jīng)常會變形乃至斷落。據(jù)統(tǒng)計，目前在4000米以內(nèi)的鉆探，平均每鉆進80米就要更換一個新的金剛石鉆頭。因此，向下鉆探需要耗費大量的時間和高昂的費用。此外，在鉆探過程中還經(jīng)常遇到鉆進方向傾斜或彎曲、因孔壁不穩(wěn)定而發(fā)生坍塌等諸多技術(shù)難題。所以有專家直言不諱地說：“表面上看是打一口井，實際上卻是在考驗一個國家的經(jīng)濟實力、基礎(chǔ)工業(yè)實力和整個科技的發(fā)展水平?！?/p>

正因為如此，超深鉆一直是世界難題。1961年，美國曾開展過一項大規(guī)模的鉆探計劃，該計劃以地球物理學家莫霍洛維奇的名字命名，人稱“莫霍計劃”。該計劃原本想在海底選定某些地點向下鉆探，期望穿透地殼，直達地幔。施工人員在墨西哥灣西海岸水深3558米的海底一共鉆了5口深海鉆井，其中最大井深為183米，距離鉆透地殼這一目標相去甚遠。最后，由于專業(yè)技術(shù)能力不足，加上經(jīng)費原因，該計劃于1966年以失敗而告終。

鉆探就像外科醫(yī)生的“手術(shù)刀”，深入地球內(nèi)部取出某些“組織”供科學家化驗。雖然現(xiàn)在的地質(zhì)學家可以利用地震波對地球進行“CT掃描”并推斷出地層深部結(jié)構(gòu)，但相比較而言，鉆探更直接、更準確。我們相信，未來的鉆探技術(shù)一定能夠突破重重困難，帶領(lǐng)我們揭開地球深處的秘密。

（摘自《百科知識》2024年第9期）